p No IBM T.J. Watson Research Center em Yorktown Heights, NOVA IORQUE., aninhado entre mesas de escritório e salas de reuniões, há aproximadamente 40, 000 pés quadrados de espaço de sala limpa que compreende o Laboratório de Pesquisa de Microeletrônica (MRL). Essas salas limpas consistem em ferramentas altamente sofisticadas operadas por uma equipe qualificada de engenheiros e cientistas que passam seus dias processando wafer de silício após wafer de silício, e fabricá-los em transistores e dispositivos semicondutores, que são os cérebros dos circuitos integrados. Para colocar isso em perspectiva, os smartphones mais recentes têm bilhões desses minúsculos transistores dentro de apenas um deles. p Ainda, equipes de cientistas da IBM Research não estão fabricando esses transistores para os smartphones de hoje. Em vez, eles estão de olho no futuro - ocupados experimentando protótipos de chips e dispositivos de computação de próxima geração. Hoje, sua pesquisa está focada em expandir os limites da tecnologia de silício e da Lei de Moore, incluindo o desenvolvimento de lógica de próxima geração e dispositivos de memória para escalar dispositivos de computação convencionais para o nó de 7 nm e além, bem como a fabricação de novas soluções cognitivas e quânticas que serão o futuro dos sistemas de computação.

p Na verdade, mais recentemente, o dispositivo de 5 qubit que faz parte do IBM Quantum Experience foi fabricado diretamente no IBM Research MRL. Criar novas tecnologias como a computação quântica é o objetivo do MRL da IBM e, a fim de desenvolver novos dispositivos baseados nessas tecnologias, os pesquisadores precisam de recursos altamente avançados.

p Um exemplo das instalações avançadas do MRL é uma ferramenta de processo de semicondutor da Tokyo Electron Limited (TEL), que fornece capacidade única de gravação de plasma. Esta ferramenta desenvolve os processos necessários para padronizar e avaliar novos dispositivos e arquiteturas que consistem em uma ampla gama de materiais complexos, incluindo III-V, nanotubos de carbono e novos materiais magnéticos para tecnologia MRAM de torque de transferência de spin não volátil.

p As etapas para fabricar esses novos tipos de estruturas começam com o carregamento de pastilhas de silício na ferramenta de processo. Mesmo que muitos novos dispositivos feitos de novos materiais como nanotubos de carbono ou grafeno, são apresentados, todos eles são construídos sobre uma base de silício. As condições da sala limpa exigem que os cientistas usem macacões ou "macacões" que cubram a maior parte de seu corpo para evitar qualquer risco de contaminação das bolachas por poeira ou óleo. Braços robóticos movem as bolachas da câmara de carregamento para a câmara de plasma, onde são processadas usando gases e energia controlados, sob condições de ultra-alto vácuo. Isso é feito pela exposição do wafer à fase de plasma. Antes desse estágio, as bolachas são padronizadas apenas por litografia, que se tornará permanente após a exposição dentro do reator de plasma.

p O que acontece durante a fase de plasma? De acordo com Sebastian Engelmann, gerente do Grupo de Processamento de Plasma Avançado da IBM Research, "Essencialmente, isso significa que os pesquisadores acenderam um 'fogo' de plasma no reator, que muitas vezes brilha como uma chama e "queima" o padrão original no wafer. Contudo, a principal característica dessa nova fonte de plasma é que ela queima o material sem deixar cinzas. "

p Ao longo dos anos, o trabalho da equipe passou do nível micro para o nível nano, seguindo a tendência da miniaturização. Como resultado, o processo de gravação teve que atingir dimensões de escala atômica, e hoje a equipe está desenvolvendo novas técnicas de gravação de camada atômica (ALE). "À medida que dimensionamos nossas tecnologias e avançamos em direção a estruturas e dispositivos avançados, o nível de precisão necessário ao gravar em substratos de silício deve ser extremamente alto, "disse Eric Joseph, gerente sênior e cientista de pesquisa em tecnologia de processos de unidades e materiais avançados na IBM. "Temos que gravar o material e parar com uma precisão de nível de angstrom."

p Para colocar em perspectiva, quando um carro freia, ele não para imediatamente quando o pedal do freio é pressionado. Demora uma certa distância antes que o carro pare completamente. O desempenho de um conjunto de freios de um carro é a medida da distância necessária para desacelerar e parar. "Quando se trata de gravar novos dispositivos, precisamos parar rapidamente e não consumir mais materiais. Isso é extremamente importante para os nanotubos de carbono, grafeno e materiais 2D, como sua própria espessura está na região de dois a três angstroms, "Joseph disse.

p ALE oferece a capacidade de gravar (remover) uma camada de átomos por vez de um substrato sem perturbar ou danificar as camadas subjacentes ou alterar suas propriedades. Existem várias abordagens para ALE e a equipe da IBM Research tem explorado vários métodos, junto com a TEL e outros parceiros, para atingir essa capacidade para uma variedade de combinações de materiais diferentes.

p Em julho, o IBM Research MRL apresentará seus resultados mais recentes no 3º Workshop Internacional sobre Gravura de Camada Atômica, Em Dublin, Irlanda, em que eles exploram uma abordagem promissora incorporando plasmas gerados por feixe de elétrons. O trabalho destaca a capacidade de permitir o processamento de altíssima precisão de materiais atomicamente finos, como nanotubos de carbono e / ou grafeno.